5. Лебедки
Лебедки служат для подтягивания и подъема грузов. В зависимости от вида силового оборудования, лебедки могут иметь привод от двигателей внутреннего сгорания, электрических двигателей, гидродвигателей и др. Лебедки могут быть самостоятельными переносными машинами, а также могут входить в состав более сложных машин и установок: экскаваторов, кранов, подъемников и др. Грузоподъемность переносных лебедок 0,5–10 т.
Лебедка с ручным приводом (рис. 5.1, а) состоит из барабана 4, установленного на оси, закрепленной в двух ограждающих листах-щеках 5. Вращение на барабан передается одной или несколькими парами зубчатых колес 3, установленных на валах. Ведущий вал приводят во вращение одной или двумя рукоятками 1. Автоматический грузоупорный тормоз 2 обеспечивает удержание поднятого груза, а также постепенное его опускание. Иногда лебедки изготавливают с управляемыми ленточными тормозами.
На ведущем валу 6 на шпонке посажен тормозной диск 7; тормозной диск 9, объединенный с приводной шестерней, может перемещаться вдоль части вала, имеющей винтовую нарезку. Между тормозными дисками на валу свободно насажено храповое колесо 5. Направление резьбы таково, что при подъеме груза крутящий момент обеспечивает сближение тормозных дисков, между которыми зажимается храповое колесо. Собачка 10 не препятствует вращению храпового колеса в сторону, соответствующую подъему груза. При прекращении подъема или при случайном освобождении рукоятки собачка, упираясь в зубья храпового колеса, останавливает вал.
Для опускания груза вращают рукоятку в сторону, обратную подъему. Лебедки с небольшими тяговыми усилиями имеют тормоз, объединенный с рукояткой, так называемые безопасные рукоятки.
Рис. 5.1. Схемы лебедок:
а – лебедка с ручным приводом; б – редукторная лебедка;
в – зубчато-фрикционная лебедка; г – электроталь
Между крутящими моментами на приводном валу Мпр и валу барабана Мб существует зависимость
U=Mб /(Мпр· )
где U – передаточное число;
– КПД передачи.
Приведенная формула позволяет определять основные параметры лебедок.
Пример
5.1. Определить
тяговое
усилие
лебедки,
характеризуемой
следующими
данными;
диаметр
барабана
Dб=280 мм,
длина
плеча
приводной
рукоятки
мм,
число
рабочих
2, число
зубьев
зубчатых
колес
передачи:
Z1=16,
Z2=80,
Z3=14,
Z4=112.
Решение. Передаточное число передачи от приводного вала до барабана
U=U1·U2=
Крутящий момент на приводном валу при усилии одного рабочего Рр=200 Н
Крутящий
момент
на
барабане
при КПД
лебедки
Тяговое усилие лебедки
Лебедки общего назначения с механическим приводом можно классифицировать по числу барабанов – одно- и многобарабанные, по виду конструктивной связи между двигателем и барабаном – на реверсивные (редукторные) и зубчато-фрикционные.
У реверсивной лебедки (рис. 5.1,б) вал электродвигателя 4 через соединительную муфту 3 постоянно соединен с редуктором 1. Выходной вал редуктора постоянно соединен с барабаном 5. Наружная поверхность соединительной муфты 2 используется в качестве тормозного шкива двухколодочного электромагнитного тормоза. Изменение направления вращения барабана (опускание или подъем груза) достигается реверсированием направления вращения вала электродвигателя при помощи пусковой электроаппаратуры.
Зубчато-фрикционные лебедки (рис. 5.1, в) изготовляют с одним или несколькими барабанами. В этих лебедках передача вращения от электродвигателя барабану происходит через зубчатую пару и фрикционное устройство, позволяющее при необходимости отключать барабан от вращающегося вала электродвигателя. От электродвигателя 1 ременной передачей 11 вращение передается валу 8. На валу закреплена ведущая шестерня 10. В постоянном зацеплении с ней находится ведомое зубчатое колесо, свободно установленное на оси 3. На этой же оси свободно вращается и может иметь незначительное осевое перемещение барабан 4.
На торцевой поверхности ведомого колеса есть фрикцион в виде конического прилива 2 или трапецеидальных в сечении кольцевых колодок, прикрепленных болтами к диску колеса. В торцевой части барабана имеется кольцевая выточка, соответствующая по форме и размерам фрикциону.
Для передачи вращения барабану его необходимо приблизить к ведомому зубчатому колесу с тем, чтобы поверхность фрикциона соприкасалась с поверхностью кольцевой выточки. Это достигается смещением барабана вдоль оси с помощью нажимной гайки 5, снабженной рукояткой 6. Лебедка имеет храповой останов 7 и ленточный тормоз 9, управляют которым с помощью рычагов и педали.
У зубчато-фрикционных лебедок опускание груза происходит за счет его веса (свободный спуск) независимо от работы двигателя.
Электрические тали (рис. 5.1, г) применяют как самостоятельные машины для перемещения грузов, а также в качестве грузоподъемных механизмов некоторых кранов. По конструкции электротали – разновидность реверсивных приводных лебедок. Электротали могут быть использованы как стационарные механизмы и как передвижные при подвешивании их к тележкам, перемещающимся по монорельсу, прикрепленному к перекрытию здания или к специальным конструкциям (козлы, кронштейны и т. п.).
Движение от электродвигателя 1 с помощью вала 2, проходящего внутри барабана через редуктор 3, передается на барабан 6. На конце вала установлены тормозные диски электромагнитного дискового тормоза 4. Один конец каната закрепляют на барабане, а другим – охватывают блок грузовой обоймы 5 и закрепляют на корпусе злектротали.
Потребная мощность N, кВт, электродвигателя лебедки с механическим приводом зависит от тягового усилия и скорости каната
N = PkVk /(1000 ),
где Рк – тяговое усилие, Н;
Vk – скорость каната, м/с;
– КПД передачи от двигателя к барабану лебедки.
Пример
5.2. Рассчитать
электрическую
реверсивную редукторную
лебедку,
предназначенную
для
подъема
груза массой
5000 кг
со
скоростью
0,12 м/с
на высоту
36 м.
Режим работы
механизма
средний
ПВ=25%;
=10
м.
Решение.
Подбор
каната.
Усилие
в канате
определяют
с учетом
условий
задачи:
масса
груза
тф=5000
кг, масса
крюковой обоймы
mкр
= 0,02 · mгр
= 0,02 · 5000 =100 кг,
кратность полиспаста
in
= 4, число
блоков
от груза
барабана
n
= 5, КПД
одного блока
=0,97.
Разрывное усилие каната
По ГОСТ 3071–74 подбираем канат ТК 6X37, dk=13,5 мм, в=1600 МПа, Sтaбл=82 кН. Масса 1 м каната m'к=0,61 кг. Диаметр барабана Dб =18 dk= 18·13 = 234 мм, принимаем Dб =250 мм.
Длина каната
Lб=(in+1)H+
D6=(4+1)·36
+ 10 + 2·3,14·0,25
= 192 м.
Рабочая длина барабана при четырехслойной навивке каната
Принимаем полезную длину барабана Lб=700 мм.
Толщина стенок барабана
Подбор двигателя. Скорость навивки каната на барабан
Мощность на валу барабана
Мощность на валу двигателя
По таблице 5.1 Подбираем электродвигатель серии МТН 311-6 мощностью Nдв=11 кВт. Частота вращения вала nдв=950 мин- 1 при ПВ=25%. Момент инерции вала двигателя lдв=0,225 кгм2. Отношение Ммакс/Мном = 2,5.
Подбор редуктора. Частота вращения барабана
Передаточное число передачи от двигателя к барабану
По табл. 5.2 подбираем редуктор марки Ц2-250 с передаточным числом Up=32,42 для nдв=1000 мин-1. Мощность на ведущем валу 9,2 кВт, что обеспечивает необходимую мощность привода 8 кВт. Число зубьев зубчатых колес: Z1=12; Z2=75; Z3=16; Z4=83 (no табл. 5.3). Модуль зацепления первой пары т1=2 мм, второй пары – m2=3 мм. Длина зубьев шестерни первой пары 2b1=60 мм и второй пары – b2=75 мм (по табл. 5.4). Частота вращения барабана
Технические характеристики Таблица 5.1
Тип двигателя |
Мощн. при ПВ 40%, кВт |
Частота вращ., об/мин |
Масса для IM1001,1003, кг |
Ток статора при U=380В, А |
Ток ротора, А |
Отнош. макс. момен. к номин. |
КПД, % |
Коэффи- циент мощн. |
Высота оси вращ., мм |
Класс нагрево- стойкости |
МТH 011-6 |
1,4 |
890 |
60 |
4,9 |
8,8 |
2,6 |
65 |
0,67 |
112 |
H |
МТH 012-6 |
2,2 |
895 |
68 |
6,9 |
11 |
2,7 |
70 |
0,69 |
112 |
H |
МТH 111-6 |
3,5 |
900 |
91 |
9,7 |
14,3 |
2,3 |
75 |
0,73 |
132 |
H |
МТH 112-6 |
5 |
930 |
101 |
13,7 |
15,7 |
2,7 |
79 |
0,7 |
132 |
H |
МТН 211-6 |
7,0 |
945 |
- |
16,0 |
- |
2,7 |
87,0 |
- |
160 |
Н |
МТН 311-6 |
11 |
940 |
220 |
29,3 |
41 |
3,0 |
80,0 |
0,71 |
180 |
H |
МТН 311-8 |
7,5 |
700 |
225 |
23,0 |
21 |
3,0 |
76,0 |
0,65 |
180 |
H |
МТН 312-6 |
15 |
950 |
240 |
37,5 |
46 |
3,0 |
82,0 |
0,74 |
180 |
H |
МТН 312-8 |
11 |
705 |
240 |
32,7 |
43 |
3,0 |
78,5 |
0,65 |
180 |
H |
МТН 411-6 |
22 |
965 |
280 |
51 |
59 |
2,8 |
86,0 |
0,76 |
225 |
H |
МТН 411-8 |
15 |
710 |
280 |
44 |
46 |
3,2 |
83,0 |
0,62 |
225 |
H |
МТН 412-6 |
30 |
970 |
345 |
55 |
72 |
2,8 |
87,0 |
0,79 |
225 |
H |
МТН 412-8 |
22 |
720 |
315 |
58 |
58 |
3,0 |
83,0 |
0,70 |
225 |
H |
МТН 511-6 |
37 |
955 |
390 |
80 |
80 |
3,0 |
87,0 |
0,81 |
250 |
Н |
МТН 512-6 |
55 |
955 |
490 |
117 |
122 |
2,9 |
88,0 |
0,81 |
250 |
Н |
МТН 511-8 |
30 |
715 |
390 |
74 |
70 |
2,9 |
85,0 |
0,72 |
250 |
Н |
МТН 512-8 |
37 |
725 |
470 |
88 |
76 |
2,9 |
86,0 |
0,74 |
250 |
Н |
MTH 611-6 |
75 |
955 |
740 |
149 |
180 |
3,2 |
89,0 |
0,86 |
315 |
H |
MTH 612-6 |
110 |
970 |
970 |
216 |
168 |
3,5 |
91,0 |
0,85 |
315 |
H |
MTH 612-10 |
60 |
575 |
825 |
140 |
162 |
3,2 |
88,0 |
0,74 |
315 |
H |
MTH 613-10 |
75 |
575 |
975 |
175 |
150 |
3,0 |
89,0 |
0,73 |
315 |
H |
Таблица 5.2
Мощность на ведущем валу редукторов типа Ц2
Частота вращения ведущего вала n, мин -1 |
|
|
Передаточное число Uфакт |
|
|
|
||||||||||||||||||||
8,32 |
9,8 |
12,4 |
16,3 |
19,88 |
24,9 |
32,4 |
41,3 |
50,94 |
ПВ, % |
|
||||||||||||||||
Мощность на ведущем валу, кВт |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Редуктор Ц2-200 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
600 |
7,7 |
6,8 |
6,1 |
5,8 |
5,4 |
4,4 |
3 |
2,4 |
2 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
5,9 |
5,2 |
4,2 |
3,9 |
3,6 |
2,5 |
1,6 |
1,6 |
1,1 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
4,6 |
3,8 |
3,3 |
2,1 |
1,7 |
1,3 |
0 |
0,7 |
0,5 |
100 |
|
|||||||||||||||
750 |
9,3 |
8 |
6,7 |
6,2 |
5,5 |
5,4 |
3,8 |
3,2 |
2,7 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
7,2 |
6,1 |
4,8 |
4,2 |
3,7 |
2,7 |
1,8 |
1.8 |
1,3 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
5,7 |
4,8 |
3,8 |
2,6 |
2,1 |
1,7 |
1,3 |
0,8 |
0,7 |
100 |
|
|||||||||||||||
1000 |
11,5 |
10 |
8 |
7,9 |
6,6 |
5,4 |
4,1 |
4,1 |
3,7 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
8,8 |
7,8 |
6,1 |
5,9 |
4,2 |
3,2 |
2,1 |
2,1 |
1,6 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
7,65 |
6,3 |
5,1 |
3,4 |
2,8 |
2,2 |
1,7 |
1,1 |
0,9 |
100 |
|
|||||||||||||||
1500 |
13 |
12 |
10,8 |
10,8 |
8,7 |
6,6 |
4,8 |
4,7 |
3,9 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
11,8 |
10 |
8,4 |
6,8 |
6,4 |
4,6 |
2,9 |
2,9 |
2,1 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
11,3 |
9,6 |
7,5 |
5,2 |
4,2 |
3,3 |
2,6 |
1,7 |
1,4 |
100 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
Редуктор Ц2-250 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
600 |
19,3 |
17 |
15,2 |
11,3 |
9,4 |
7 |
5,2 |
4,3 |
3,9 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
14,2 |
13 |
9,9 |
7,2 |
6,4 |
5,5 |
3,6 |
3 |
2,6 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
7,9 |
6,7 |
5,3 |
3,6 |
2,9 |
2,3 |
1,8 |
1,2 |
2 |
100 |
|
|||||||||||||||
750 |
23 |
20 |
16,6 |
13,5 |
11,1 |
9,4 |
7,6 |
5,6 |
4,2 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
16,6 |
15 |
12,3 |
8,3 |
7,3 |
6,9 |
4,5 |
3,5 |
3 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
9,1 |
8,3 |
6,6 |
4,5 |
3,7 |
2,9 |
2,2 |
1,5 |
1,2 |
100 |
|
|||||||||||||||
1000 |
27,1 |
24 |
20,5 |
17,3 |
14,1 |
11,7 |
9,2 |
7,3 |
6 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
17,8 |
16 |
14,1 |
10,2 |
8,9 |
7,6 |
5 |
4,2 |
3,5 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
12 |
10 |
8 |
6 |
4,9 |
3,9 |
3 |
2 |
1,6 |
100 |
|
|||||||||||||||
1500 |
34 |
30 |
25,4 |
23,8 |
19 |
16,5 |
11,9 |
9,8 |
8,5 |
25 |
|
|||||||||||||||
|
25,1 |
21 |
18,3 |
13,7 |
12 |
10,1 |
7,1 |
5,5 |
4,7 |
40 |
|
|||||||||||||||
|
18,1 |
15 |
12,1 |
8,1 |
7,4 |
5,8 |
4,5 |
3 |
2,3 |
100 |
|
|||||||||||||||
Окончание табл. 5.2 |
|
|||||||||||||||||||||||||
Частота вращения ведущего вала n, мин -1 |
Передаточное число Uфакт |
|
||||||||||||||||||||||||
8,32 |
9,8 |
12,4 |
16,3 |
19,88 |
24,9 |
32,4 |
41,3 |
50,94 |
ПВ, % |
|||||||||||||||||
|
|
Мощность на ведущем валу, кВт |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
Редуктор Ц2-350 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
600 |
45,7 |
40 |
34 |
26,8 |
22,3 |
16,6 |
12 |
10,2 |
9,4 |
25 |
||||||||||||||||
|
34 |
29 |
25,7 |
17,2 |
15,2 |
13 |
11 |
7,2 |
6,3 |
40 |
||||||||||||||||
|
17,1 |
16 |
12,5 |
8,5 |
7 |
5,5 |
4,3 |
4,9 |
2,3 |
100 |
||||||||||||||||
750 |
61 |
52 |
43,5 |
32 |
26,5 |
22,4 |
16,6 |
13,4 |
11,1 |
25 |
||||||||||||||||
|
35,8 |
32 |
29,2 |
19,5 |
17,7 |
16,6 |
12,9 |
8,4 |
7,3 |
40 |
||||||||||||||||
|
21,4 |
18 |
14,3 |
10,7 |
8,7 |
6,9 |
5,4 |
3,6 |
2,9 |
100 |
||||||||||||||||
1000 |
71,9 |
61 |
50,8 |
37,1 |
33,5 |
217 |
21,8 |
17,3 |
14,5 |
25 |
||||||||||||||||
|
42,8 |
39 |
33 |
24,1 |
21,1 |
18,1 |
15,6 |
10,2 |
9 |
40 |
||||||||||||||||
|
28,7 |
24 |
19,2 |
19,9 |
11,7 |
9,2 |
7,1 |
4,9 |
3,9 |
100 |
||||||||||||||||
1500 |
79,5 |
85 |
70 |
51,4 |
43,7 |
39,5 |
30,2 |
24,4 |
20,4 |
25 |
||||||||||||||||
|
59 |
50 |
43,3 |
28,6 |
25,6 |
24,1 |
20,2 |
13,3 |
11,4 |
40 |
||||||||||||||||
|
43 |
36 |
28,7 |
19,4 |
15,9 |
12,6 |
10,7 |
7,3 |
5,9 |
100 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
Редуктор Ц2-500 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
600 |
137 |
120 |
112 |
82,5 |
75,2 |
63,2 |
42,7 |
34,5 |
31,6 |
25 |
||||||||||||||||
|
102 |
91 |
77 |
53,6 |
51 |
44,1 |
28,7 |
24,1 |
20,4 |
40 |
||||||||||||||||
|
57,8 |
49 |
38,7 |
26,3 |
23,6 |
19 |
14,3 |
10 |
8 |
100 |
||||||||||||||||
750 |
163 |
140 |
112 |
103 |
89,2 |
75,6 |
52,7 |
42,2 |
37 |
25 |
||||||||||||||||
|
121 |
106 |
84,7 |
61 |
58,7 |
51,5 |
32,8 |
28,4 |
23,3 |
40 |
||||||||||||||||
|
72,5 |
61 |
48,4 |
32,9 |
29,6 |
23,6 |
18,2 |
12,4 |
10 |
100 |
||||||||||||||||
1000 |
197 |
178 |
143 |
122 |
104 |
91,7 |
68,6 |
58,5 |
49 |
25 |
||||||||||||||||
|
145 |
132 |
103 |
74,2 |
65,4 |
52,8 |
40,2 |
37 |
28,5 |
40 |
||||||||||||||||
|
100 |
82 |
64 |
44 |
36 |
31,4 |
24 |
16,5 |
13,5 |
100 |
||||||||||||||||
1500 |
248 |
217 |
189 |
174 |
147 |
116 |
83 |
82,2 |
68,5 |
25 |
||||||||||||||||
|
194 |
169 |
145 |
98,7 |
87,7 |
74 |
53,5 |
44,5 |
38,3 |
40 |
||||||||||||||||
|
- |
- |
- |
66 |
54 |
43 |
36,4 |
25 |
20,2 |
100 |
||||||||||||||||
Таблица 5.3
Модули зацепления редукторов типа Ц2
Марка редуктора |
M1 |
2b1 |
m2 |
b2 |
Ц2-200 |
1,5 |
46 |
2,5 |
63 |
Ц2-250 |
2 |
60 |
3 |
75 |
Ц2-350 |
3 |
90 |
4 |
100 |
Ц2-500 |
4 |
120 |
6 |
150 |
Таблица 5.4
Число зубьев зубчатых колёс цилиндрических редукторов типа Ц2
Число зубьев |
Передаточные числа Uном/Uфакт |
||||||||
8
8,32 |
10
9,8 |
12,5
12,4 |
16
16,3 |
20
19,9 |
25
24,9 |
31,5
32,42 |
40
41,34 |
50
50,94 |
|
z1 |
28 |
25 |
21 |
21 |
18 |
15 |
12 |
12 |
10 |
z2 |
59 |
62 |
66 |
66 |
69 |
72 |
75 |
75 |
77 |
z3 |
20 |
20 |
20 |
16 |
16 |
16 |
16 |
13 |
13 |
z4 |
79 |
79 |
79 |
83 |
83 |
83 |
83 |
86 |
86 |
Скорость навивания каната на барабан
При четвертом слое навивки
Скорость подъема груза
Проверка электродвигателя на перегрузочную способность в период пуска.
Статический момент на валу двигателя
Динамический момент на валу двигателя от инерции поднимаемого груза при t=2 с.
Динамический момент на валу двигателя от инерции вращающихся масс элементов привода
Пусковой момент
Номинальный момент на валу двигателя
Двигатель подобран с большим запасом.